中型敏捷遥感卫星公用平台开发研制模式探索

高阳 于龙江 陈虎 杨文涛 张国斌 肖梦菡

(中国空间技术研究院遥感卫星总体部，北京 100094)

从20世纪90年代末开始，世界遥感卫星技术经历了突飞猛进的发展，以美国数字地球公司为代表开发的基于公用平台研制的一系列高分辨率光学遥感卫星的成功和广泛应用，全面推动了人类航天遥感技术的进步和发展。在研制模式支撑方面，国外遥感卫星平台是充分考虑后续任务需求后，进行平台及其产品的开发和验证，鉴定工作一次完成，后续直接选用平台，实现商用产品采购，相比而言，国内遥感卫星平台还有较大的提升空间。

对于卫星研制任务类型多、数量多的公司，采用“基于公用平台的研制模式”是一条综合性最优的模式，国际主要的遥感卫星制造商均具有核心的公用平台。经过系统分析和深入研究，“十二五”期间国家民用航天首次支持了中型敏捷遥感卫星公用平台(本文以下简称“遥感卫星公用平台”)项目的开发，围绕我国遥感卫星平台能力、共性核心技术、通用单机产品、寿命等方面开展了设计、生产与验证，并针对遥感卫星研制模式进行了探索与研究，提出了“基于公用平台的遥感卫星研制模式转型”这一系统化研制生产转型方案。其基本思路为：对于不同遥感卫星，将其公共部分(主要是卫星平台)进行统一化设计，实现卫星平台系统和单机层面设计状态的通用化、标准化；基于状态一致的单机产品体系，梳理并统筹不同卫星的研制任务，研制若干“通用电性验证平台”，匹配各卫星任务需求进行地面测试，满足各卫星初样阶段电性能测试需求，实现地面测试数据的充分共享，并辅助支持在轨异常问题的排查处理。

在高分多模卫星研制过程中，全面实践了“基于公用平台的研制模式”，取得良好的示范效果。模式转型对项目管理工作提出了全新的挑战，“基于公用平台的研制模式”的项目管理范围更广、头绪更多、思路需要更加开阔，与传统卫星研制有很大不同，本文主要针对项目管理实际进行了论述与总结，凝练形成“基于公用平台的研制模式”的项目管理方法与建议，为后续进一步推广、研制模式再次创新奠定基础[1]。

1 研制特点

按照用户要求，高分多模卫星(GFDM-1)是一颗能够快速投入使用、灵活适应多样化业务需求的卫星，研制周期短、整体指标要求高。相比于其他卫星，在卫星研制方面主要具有以下3个特点：

(1)要求高。全面验证敏捷机动等制约遥感卫星发展的共性4项核心技术，实现快速重访、灵活机动成像、高图像定位精度、自主任务规划管理，满足国土、测绘、减灾、农业、环保、住房、林业等多行业用户的需求。

(2)周期短。要求在24个月之内完成卫星研制，和传统遥感卫星研制相比，研制周期缩短1～2年。

(3)模式新。卫星平台需100%完全继承国家前期支持开发的遥感卫星公用平台、“一步正样”，初样仅针对平台与在某卫星基础上改造的载荷进行适应性、匹配性验证，全面创新了研制模式。

2 项目管理思路

结合卫星研制特点，制定了坚持以“先进性、通用性、覆盖性、经济性”为原则，坚决贯彻国产化要求，有效组织完成公用平台产品开发，然后在首发星研制过程中全面实践基于公用平台研制模式的工作思路。

(1)先进性。始终坚持先进性要求，各项指标与国际先进遥感卫星平台对比，实现平台能力大幅提升。具体包括：①系统层面，完成平台方案设计，完成平台结构、热控、电性能的全面验证，使平台功能性能指标达到国际先进水平；②核心技术，突破敏捷机动等制约遥感卫星发展的共性4项核心技术，完成平台8年寿命设计与验证；③单机产品，实现单机产品的高集成化、轻小型化、智能化设计，减少产品种类和数量。

(2)通用性。建立统一的产品体系，实现单机产品技术状态统一、在各遥感卫星间通用。具体包括：①技术状态统一，结合同期开展的遥感卫星研制工作，统一遥感卫星平台产品技术状态，以最少的产品种类、数量来满足多卫星研制需求；②通用产品体系，建立遥感领域通用产品体系，建立产品技术状态统一维护、结构/电性/鉴定产品统筹投产与使用的管理机制，实现资源配置的集约化管理；③重点针对新研单机产品开展通用性设计与验证工作，统一制定通用规范、统一开展产品设计、统一进行过程控制、统一完成试验验证。

(3)覆盖性。确保实现多载荷适应能力、功能的良好配置能力，满足未来卫星使用需求。具体包括：①平台构形的覆盖性：平台构形采用模块化设计，满足多种载荷的安装需求；②平台能力的覆盖性：通过对分系统配置及单机的选择，在供电能力、姿态与轨道控制能力、测控体制与测控能力、数传体制与能力等方面均可进行配置。

(4)经济性。研究基于公用平台的遥感卫星研制模式，促进未来遥感卫星在研制效率、成本、周期上的优化提升。具体包括：①建立通用电性验证平台，支持未来遥感卫星以较小的成本、快速高效完成初样阶段平台部分的电性能验证，以及整星电性能验证和大系统电接口对接；②优化研制流程，卫星平台各分系统以及单机产品可以实现一步正样；③产品组批投产，实现平台产品批产和货架选用，减少设计验证成本；④产品统筹使用，实现结构、电性、鉴定产品的统筹使用，统一进行产品和资源配置，地面测试设备集约使用，减少重复投产，降低研制成本。

3 项目管理方法

3.1 协同配合，构建“基于公用平台的遥感卫星研制模式”管理体系

通过总结以往研制经验、结合对国外先进卫星制造企业的调研分析，提出了“基于公用平台的遥感卫星研制模式”管理体系框架，对“一个卫星、一支队伍、一套流程、一批产品”的传统遥感卫星研制模式进行改造，将共性部分的平台业务工作抽离出来，并与以往业务界限较为模糊的公用平台相关工作相整合，形成“公用平台与产品体系建设”业务。整体上，形成了“两横两纵”的矩阵式管理体系框架，如图1所示。

图1 基于公用平台的遥感卫星研制模式管理体系Fig.1 Management system of developing mode based on common platform

通过具体实践打通了各环节、各接口，形成了完整的管理体系框架与体制，实现了各方协调配合共同推进研制模式转型的良好局面，为“提高效率、降低成本、提升质量”整体目标的实现奠定了良好基础[2]。

3.2 统筹规划，建设遥感卫星通用产品体系

1)结合卫星研制，统一规划平台产品体系

针对遥感卫星平台产品体系进行梳理、分析，从集成度、通用性、功能密度比等方面划分确定了通用产品体系。

2)统一开展新研单机的设计和试验验证

为确保新研单机鉴定试验能够覆盖各个卫星的使用需求，对顶层规范进行了统一，制定了最大包络状态的地面环境试验规范、空间环境规范、通用产品EMC规范以及统一的设计建造规范。根据单机产品对于不同母线电压适应性要求、不同模块配置要求以及其它差异化使用要求，统一制定了鉴定产品试验矩阵。

3)统一进行单机产品的技术状态控制

为实现对单机产品技术状态的有效控制和统一管理，制定采用“单机通用产品规范+单机通用接口数据单”两类文件对单机技术状态进行控制的管理办法。各分系统按计划完成了去卫星化的通用产品规范、通用接口数据单的编制工作。

采用上述措施，确保了研制的平台单机产品能够满足通用化使用要求，技术状态统一受控，符合遥感卫星通用产品体系要求[3]。

3.3 围绕多样化任务，开发建立通用电性验证平台

遥感卫星任务日益多样化、复杂化，但采用同一公用平台的遥感卫星，其热控、数管、测控、供配电、控制、推进和数传等分系统状态都基本相同或仅有较小差异，因此基于通用产品体系，可以设计出一系列遥感卫星的通用电性验证平台，如图2所示。

图2 通用电性验证平台Fig.2 Common electrical verification platform

通用电性验证平台是遥感卫星公用平台开发、升级、维护的重要实物载体；同时，通用电性验证平台也是遥感卫星公用平台应用于卫星研制的重要支撑工具。所有通用电性验证平台都具备在一定范围内进行功能配置和扩展的能力。在卫星研制中，各个卫星仅需要将新研分系统和产品相应在通用电性验证平台上进行测试，就可以实现完整的电性星测试工作。平台测试数据可以在该平台测试的各个卫星之间共享，满足各类任务的需求[4]。

3.4 整合优化，建立基于公用平台的卫星研制流程

随着航天技术的发展，遥感卫星研制模式已经必须需要由过去的科学试验模式向成熟的商业运作、工程制造模式转变(图3)。在产品技术状态统一的基础上，建立基于公用平台的卫星研制模式，实现遥感卫星研制模式的根本性改变和研制流程的优化(图4)，以在保证卫星研制质量的前提下，提高卫星各阶段设计的针对性，提高单机产品的利用效率，减少不必要的环节，综合提高卫星研制效率。

图3 传统的遥感卫星研制流程Fig.3 Development process of traditional remote sensing satellite

通过研制模式转变和流程优化，可以大幅节约经济、时间成本，促进预研成果直接应用于卫星，将原有5年预研时间+1年方案压缩到1.5～2年可行性-方案来完成；通用电性验证平台、数字化设计和仿真手段的应用，可将初样研制阶段节约至少6个月[5]。

4 遥感卫星公用平台的应用与实践

4.1 高分多模综合成像卫星直接应用遥感卫星公用平台成果，取得良好效果

高分辨率多模综合成像卫星作为遥感卫星公用平台的首发验证星，基于公用平台的卫星研制模式在研制过程中得到了全面实践，主要从以下方面开展具体工作：①系统级、平台单机级文件沿用和简化，例如系统级规范、单机产品规范等文件，均以借用的形式直接应用平台研制形成的通用文件；②卫星平台技术状态的直接沿用，卫星平台不再开展初样设计和验证等工作，仅配合整星开展有效载荷功能性能的验证，直接进行正样研制；③初样采用通用电性验证平台进行电性能测试，初样直接利用公用平台研制的通用电性验证平台进行电性能测试，工作重点围绕有效载荷开展；④初样不进行整星级的结构力学试验、热平衡试验。

经过首飞验证，总结提炼取得实际效果如下。

(1)技术状态得到有效控制：在研制过程中不断实践、探索，固化了基于平台研制模式的技术状态控制方法，技术状态控制有效性在初样/正样研制过程中得到了充分验证。平台各单机均按照上述模式完成了相关文件快速借用，在确定产品基线状态前提下，提前启动了投产，为整星24个月研制周期实现提供了保障。

(2)研制效率得到有效提升：根据卫星任务要求，基于公用平台研制成果，初样阶段未开展平台单机鉴定、结构热控星、全尺寸辐射模型星(RM星)等的研制，主要围绕有效载荷的单机鉴定、一体化设计局部验证，以及围绕有效载荷的电性能综合测试验证开展工作，大大优化了测试验证项目，避免重复研制与验证，研制效率得到了有效提升。

(3)研制成本大幅降低：充分继承了公用平台的电性/结构/鉴定等研制成果，大幅简化了初样验证项目及规模，初样研制成本得到了大幅降低。

4.2 多颗遥感卫星直接选用公用平台的通用产品，有效保障研制任务顺利完成

遥感卫星公用平台组织完成52类新研通用关键单机产品的设计、研制与鉴定的同时，组织完成了22大类158项研制试验，建立了由138类单机组成的遥感卫星通用产品体系，实现了单机产品集成化、智能化、标准化设计，相比“十二五”期间平台单机产品规格减少40%以上，构建了满足未来10～15年应用需求的产品体系的核心部分，并制定了遥感卫星产品选用管理办法，严格控制各遥感卫星产品选用权限。

依据该管理办法，在军用、民用等多颗遥感卫星中直接选用遥感卫星公用平台通用产品，开发的52类新研单机已直接应用于6颗遥感卫星，提高了产品质量与可靠性，提升了遥感卫星的核心竞争力。同时6颗卫星共用1套鉴定产品，初样产品投产比例下降37.5%，节约成本近千万元，所有电性产品、测试设备等的共享共用，平台测试信息实现了100%共享，为卫星按时完成研制任务奠定坚实的基础。

5 基于公用平台研制模式的思考

卫星研制是一个大型的复杂系统工程，涉及现代科学技术的很多领域，具有技术尖端、工程复杂、军民兼容、协作广泛、管理系统以及社会效益影响大的特点。面对航天卫星产业转型的发展形势要求，结合基于公用平台的研制模式探索历程，总结提炼以下的研制思考。

5.1 各级产品技术状态需统一受控

建立配套管理机制，确保系统、分系统、单机各级产品技术状态的统一受控，是平台研制工作的重中之重。

遥感卫星公用平台技术状态统一控制的目的是减少状态、简化设计、提高可靠性，目标包括：平台各级产品技术状态清晰、可控；平台产品体系精简，即以尽量少的产品种类/状态来满足多平台、多卫星应用需求，为单机产品“去卫星化”落地提供基础；平台单机、分系统、系统级技术、经验与知识储备丰富，共享程度高，可靠性日益完善，新的设计验证需求日益减少。

在具体实践过程中，以下方面的工作成果与经验可供借鉴。

(1)对遥感卫星的设计建造规范、环境规范、电磁兼容规范、空间环境工程规范等进行统一；

(2)对遥感卫星与测控系统、地面系统的接口进行统一；

(3)对于产品体系中单机产品技术状态进行统一管理，手段包括通用单机产品规范、通用单机接口数据单、通用验收大纲等；

(4)对卫星新研单机需求及产品改进需求进行统一管理，对于确有新研单机需求的卫星，按照“详细设计统一审定、产保要求统一实施、技术状态统一控制、研制试验统一开展、鉴定产品统筹投产”的管理办法，进行跨卫星的产品统一研制开发；

(5)对于平台相关共性技术难题，从专业的维度进行统一攻关解决，各平台、各卫星共享成果[6]。

5.2 公用平台开发需长期维护、推广

公用平台的研制开发是一项长期工作，研制开发、能力提升与推广应用可以同步开展。

公用平台的研制开发往往需要数年。在此过程中，伴随元器件、原材料、单机产品、软件等技术的不断发展，不可避免面临着技术先进(成熟度低)-应用验证(提高成熟度)-技术落后(成熟度高)这样的循环迭代问题。

因此，平台的能力提升不能被动等待。现阶段，针对平台能力的主动规划、建设，尤其是通过平台能力的大幅提升以带动未来遥感卫星新需求的出现。相比而言，国外平台能力建设往往前瞻性好、与预研工作结合紧密，满足了未来任务需求、甚至牵引出新的需求。

对此，需要保证平台核心开发队伍的稳定性，改变当前卫星预研工作“一星一议”的论证方式，将卫星预研与平台核心能力提升工作有效结合。加强平台核心能力提升的原创性、自主性，多方调研、创新思考，选取平台能力提升的适当方向并提前、自主开展攻关，确保遥感卫星平台能力保持领先地位[7]。

5.3 生产和管理模式需逐步转变

通过公用平台的开发、应用、升级，能够逐步转变生产和管理模式，优化生产关系。

加快产品化战略布局，建立货架式产品采购模式，是生产和管理模式转型升级的重要举措。产品化是“来源于卫星、服务于卫星”，以最小规格的产品，适应众多任务需求，满足更大的任务量，并大幅提升完成任务、市场竞争和产品出口的能力，有利于良性发展。其内涵主要包括减少设计、制造和验证时间，缩短卫星研制周期；促进工艺和生产稳定、飞行考核次数增加，提高产品质量和可靠性；建立专业化产品队伍，提高人力资源的使用效率；通过减少重复研制、减少备份投产、减少质量成本，将降低的卫星经费有效地投入到提升产品固有质量与可靠性增长试验中，提高产品质量。产品化产品的稳定可靠重复性生产、批量化生产，将促进目前卫星的生产模式转变为商用产品采购模式，满足于卫星任务骤增的需求。

完善管理模式，促进资源的综合平衡和优化配置。结合专业化重组、机构调整，完善组织管理模式，使行政职能部门与项目管理部门合理分配职能，实现对资源的优化配置。项目管理的划分要破除以卫星建立队伍的模式，应该以卫星平台类型、技术特性的需要组建项目管理队伍，学习国内外先进的项目管理经验，实现项目经理聘任制，动态灵活组建队伍，打破卫星之间各种资源、信息相对独立的模式。同时，加强横向各职能部门的管理权限，明确各单机承制单位是独立的组织部门，可以在内部有选择地对产品进行单独管理，以便能将各种资源有效地集中分配使用[8]。

6 结束语

以遥感卫星公用平台研制开发为契机，系统开展了平台各级产品技术状态统一管理工作，在通用电性验证平台建设、产品投产和使用的统筹、遥感卫星研制模式创新等方面进行了实践，取得了宝贵的经验和成果。目前，遥感卫星公用平台的研制成果已在高分多模卫星的研制过程中全面实践应用，并间接应用于其他6个卫星的研制中，基于公用平台的研制模式已经建立，有力保障了国家高分专项、空间基础设施等重大工程的顺利推进。

基于公用平台的研制模式项目管理工作探索与实践，充分体现了公用平台共建、共享、共用的内涵，在遥感卫星的设计、生产、组装、测试、应用全链路中从根本上解决状态发散、资源不集约、数据不共享的问题，可以为后续进一步提高遥感卫星研制水平和效能、促进遥感卫星产业化发展提供重要支撑。